采煤機(jī)滾筒的可靠性分析

王 巖，周宏喜

開灤能源化工股份有限公司范各莊礦業(yè)分公司，河北 唐山 064000

0 引言

目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的滾筒，如截割硬煤或含矸率較高的煤層時(shí)，第一次使用壽命一般只能截割運(yùn)行7萬m～12萬m，即要上井修補(bǔ)。每更換一次滾筒，至少要一個(gè)檢修班的工作時(shí)間，而且滾筒的運(yùn)輸和維修需要消耗大量的人力物資。因此，滾筒的使用壽命很大程度上影響著采區(qū)的生產(chǎn)率和采煤機(jī)的工作壽命。

1 滾筒的失效狀態(tài)

1）焊縫開裂，包括截割齒座脫焊、開裂以及螺旋葉片和筒體間的焊縫開裂，主要是由于工作面遇到硬煤或矸石夾層時(shí)，滾筒的截割強(qiáng)度過大，超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)造成；

2）螺旋葉片尾端尖嚴(yán)重磨損并向非裝煤面傾斜，從而影響裝煤效果，主要是由于截割齒脫落，葉片與煤壁直接接觸造成；

3）滾筒內(nèi)噴霧管路或噴嘴孔堵塞，噴霧系統(tǒng)失靈；

4）截齒端頭的硬質(zhì)合金頭脫落，造成截齒磨損嚴(yán)重或斷在齒座中，難以取出，丟齒嚴(yán)重，有的要占截齒總消耗量的30%以上。

上述損壞狀態(tài)中，最普遍的是截齒和齒座問題，故礦上規(guī)定滾筒升井檢修標(biāo)準(zhǔn)為：凡連續(xù)有3個(gè)齒座損壞則必須更換滾筒。

2 滾筒損壞的原因

2.1 材料選擇上不適應(yīng)工況

我國(guó)制造滾筒選用的材料比較單一，如滾筒的筒體、螺旋葉板和端盤板均選用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼板A3鋼制作，其強(qiáng)度低，使?jié)L筒筒體過早的出現(xiàn)裂縫，而國(guó)外的滾筒均選用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼板制作。

目前我國(guó)齒座的選材，以使用35CrMnSiA鋼為主。據(jù)統(tǒng)計(jì)：螺旋滾筒故障中齒座故障占總數(shù)的82%～85.5%，其中安裝截齒的槽孔磨損占22.3%～41.3%，焊縫開裂占27.3%～46.2%，側(cè)面磨損占9.2%～12.4%，斷裂占1.3%～5.8%。使用35CrMnSiA鋼齒座，其優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高、成本低。而缺點(diǎn)是沖擊功值低，可焊性較差，如不采用有效的工藝措施，焊縫處容易產(chǎn)生裂縫，且整體處理后，硬度低，目前設(shè)計(jì)圖規(guī)定齒座表面硬度為HRC42-48，截齒柄部硬度為HRC38-42，兩者最大差值為HRC10。實(shí)際生產(chǎn)中往往是截齒柄部硬度超過規(guī)定，有的達(dá)HRC50，而齒座硬度又低于規(guī)定值。這樣造成齒座安裝截齒槽孔很快磨損，就會(huì)大量丟失截齒。

國(guó)外一些國(guó)家生產(chǎn)的齒座，現(xiàn)都采用低碳鉻鎳鋼或鉻鎳鉬鋼制造，我們對(duì)其實(shí)物進(jìn)行了化學(xué)成分分析，見表1。

表1

使用低碳合金鋼制作齒座，可以采用滲碳表面熱處理工藝，使支撐截齒表面硬度達(dá)到HRC58以上，耐磨性好，而芯部具有高的沖擊功值，可焊性又較好。

2.2 設(shè)計(jì)上的不完善

目前滾筒品種很少，要適應(yīng)各種不同的煤層條件必然會(huì)產(chǎn)生問題，某一種滾筒不可能適應(yīng)井下復(fù)雜的條件。因此，滾筒應(yīng)根據(jù)煤層賦存條件來設(shè)計(jì)。

滾筒設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于解決好截割效果、裝煤效率、制造的可靠性、截割時(shí)振動(dòng)水平等問題。

截齒是滾筒上的承擔(dān)截割、破碎煤巖的主要構(gòu)件，它的安裝角度與定位尺寸對(duì)截齒及滾筒受力、采煤機(jī)功率消耗有很大影響，加工精度低、截齒定位精度不高或安裝角度誤差大會(huì)導(dǎo)致截線距的偏差大，使?jié)L筒割煤時(shí)各截齒受力負(fù)荷相差大，在工作中部分截齒受力會(huì)超過設(shè)計(jì)載荷而很快失效或折斷，在割煤時(shí)齒座與煤壁直接摩擦，從而加劇了齒座的磨損或開裂。此外還可引起截割過程中的軸向力不平衡現(xiàn)象，使采煤機(jī)振動(dòng)加劇，影響采煤機(jī)的使用壽命。

設(shè)計(jì)上還有一個(gè)不合理就是在滾筒上安排的截齒過密，尤其是在設(shè)計(jì)截割堅(jiān)硬煤質(zhì)的滾筒時(shí)，帶來弊病是使齒座與端盤板、葉片的連接牢度減弱，造成滾筒提前損壞。

2.3 制造粗劣

滾筒為焊接結(jié)構(gòu)，由筒體、螺旋葉片板、端盤板、齒座和噴嘴座等零部件焊接組裝而成。但實(shí)際制造過程中，制定焊接工藝和方法時(shí)沒有充分考慮現(xiàn)場(chǎng)使用條件，或焊接加工時(shí)沒有嚴(yán)格執(zhí)行焊接標(biāo)準(zhǔn)，焊縫有缺陷會(huì)導(dǎo)致滾筒截割過程中局部開裂，降低滾筒的使用壽命。

滾筒的螺旋葉片承擔(dān)著采煤機(jī)的裝煤功能，在割煤過程中長(zhǎng)期與原煤和矸石接觸摩擦，磨損嚴(yán)重，影響了滾筒的裝煤效果，降低了螺旋葉片的使用壽命。

2.4 提高可靠性的技術(shù)措施

1）加強(qiáng)管理，及時(shí)反饋現(xiàn)場(chǎng)使用性能和質(zhì)量技術(shù)需求信息，并進(jìn)行信息的收集與分析，結(jié)合生產(chǎn)單位的實(shí)際情況，優(yōu)化滾筒加工制造工藝流程；

2）新滾筒設(shè)計(jì)時(shí)，調(diào)整端盤截齒的截線距和齒尖落差，以變更截齒截割圓弧的曲率半徑，調(diào)整端盤截齒的傾角和端盤截齒與葉片截齒的相對(duì)位置，調(diào)整端盤到葉片過度區(qū)截線上截齒的數(shù)量和傾角，合理選擇葉片截齒的截線距，這樣可使截線上幾個(gè)截齒的切削負(fù)荷較均勻，使切屑斷面形狀達(dá)到最佳；

3）采用科學(xué)的方法，加強(qiáng)滾筒主要受力部件，提高加工精度。引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備，在專用的滾筒加工胎具上焊接齒座，確保截齒的角度誤差在范圍之內(nèi)，提高滾筒截齒定位和安裝傾角的精度；

4）在焊接工藝方面，如端盤板、葉片與筒體的焊接，增加焊后退火工序，齒座與端盤板、葉片的焊接采用小直徑焊條、低電流的焊接規(guī)范。由于二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊具有焊弧熱量集中、熔池深、焊縫強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，所以滾筒上主要承載部件采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，在螺旋葉片的端頭處要堆焊高鉻鑄鐵焊條，并保證焊點(diǎn)的高度與密度，增加其耐磨性；

5）研制新型齒座，提高滾筒使用壽命。這就要求齒座不僅具有很高的靜強(qiáng)度，還要有很高的抗疲勞強(qiáng)度和耐磨性?，F(xiàn)使用的35CrMnSiA和Cr鋼制造的齒座已無法滿足這個(gè)要求。此外，截齒端頭的合金頭一般是一種碳化鎢和鈷的合金，碳化鎢硬度極高，耐磨性好，但性質(zhì)脆，承受沖擊載荷能力差，可在碳化鎢中加入適量的鈷來提高硬質(zhì)合金的韌性；

6）減少噴嘴的內(nèi)堵，發(fā)揮內(nèi)噴降塵效果。內(nèi)噴霧主要故障是噴嘴內(nèi)堵，因此，應(yīng)注意內(nèi)噴霧水道的防銹蝕處理。在端盤板環(huán)形水道、葉片螺旋形水道、和筒體相關(guān)部分的表面噴涂或噴焊防腐蝕的合金粉末，在進(jìn)、出口水道采用不銹鋼管，噴嘴座也采用不銹鋼材料制作。

3 結(jié)論

總的來看，在滾筒設(shè)計(jì)制造階段，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，加強(qiáng)信息的收集與分析，優(yōu)化加工工藝和流程，提高加工質(zhì)量，研制新型材料，滾筒可更好地滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的要求。

[1]徐從清主編.礦山機(jī)械.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2009.

[2]朱真才，韓振鐸主編.采掘機(jī)械與液壓傳動(dòng).徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2005.